도체 재료로서의 알루미늄: 더 가볍고 경제적인 대안

Jul 31, 2023

후원 콘텐츠로 | 2019년 5월 24일

다양한 산업 및 응용 분야에 적합한 전도성 금속을 선택하는 것은 어려울 수 있습니다. 구리는 전도성과 전성이 우수하여 케이블 및 전선에 자주 사용됩니다. 그러나 알루미늄에 비해 상대적으로 무겁고 가격이 비쌉니다. 구리보다 가볍고 비용이 훨씬 저렴한 알루미늄으로 전환하는 것이 많은 경우에 실행 가능한 옵션입니다. 알루미늄을 성공적으로 사용하는 것은 이 전도성 금속의 기능을 이해하고 그에 따른 문제를 해결하는 방법의 문제입니다. 구리는 톤당 4,323달러로 현재 톤당 2,043달러인 알루미늄보다 두 배 이상 높습니다(2015년 2월 2일 기준). 구리에 비해 원료 알루미늄의 가용성이 더 높기 때문에 이러한 가격 차이가 크게 발생합니다. 산소와 규소 다음으로 알루미늄은 지구 상부 지각에서 세 번째로 흔한 원소이며, 구리는 원자재 목록에서 가용성이 25위입니다. 현재 가격에 대한 평가는 원자재 시장의 변동성으로 인해 더욱 강화됩니다. 지난 5년간(2010~2014)을 보면 구리 가격은 톤당 3,674달러에서 5,980달러 사이에서 등락했습니다. 2004년에도 연간 평균 가격은 여전히 ​​톤당 1,895달러였습니다. 알루미늄 부문에는 그러한 변동 범위가 없으므로 더 나은 자재 계획이 가능합니다. 알루미늄을 도체 재료로 사용하는 경우 전도성이 낮기 때문에 구리 와이어보다 약 1/3 더 큰 와이어 크기가 필요합니다. 그러나 결국 와이어에 사용되는 절연재는 성능에 중요한 역할을 하며 알루미늄 와이어는 H07RN-F 구리 와이어와 동일한 전류 전달 용량을 가질 수 있습니다. 알루미늄의 더 큰 와이어 크기는 조밀하게 포장된 제어 상자에 설치하는 경우와 같이 좁은 간격이 필요한 응용 분야에서만 단점이 됩니다. 무게 문제와 관련하여 알루미늄에 대한 사실은 그 자체로 입증됩니다. 알루미늄은 원자재로서 구리보다 무게가 약 70% 가볍습니다. 이는 모든 구성 요소의 무게를 줄이려는 수많은 응용 분야의 노력에 도움이 될 수 있습니다. 당연히 전기 케이블에 사용하면 무게가 가벼워져 설치가 더 쉬워집니다. 고전압 라인은 오랫동안 알루미늄으로 만들어졌습니다. 무게가 가벼워지면 와이어와 마스트에 가해지는 인장력이 크게 줄어듭니다. 그러나 자동차 제조 및 항공 산업과 같은 산업에서도 알루미늄 와이어로 전환하고 있습니다. 에어버스 A380에는 이미 전체 알루미늄 와이어링 하네스가 장착된 이유도 바로 여기에 있다. 알루미늄 와이어는 유사한 전류 전달 구리 와이어보다 최대 60% 더 가벼울 수 있습니다. 유연한 케이블 연결이 필요한 애플리케이션의 경우에도 더 이상 구리를 첫 번째 선택으로 사용할 필요가 없습니다. HELUWIND® WK POWERLINE ALU 시리즈는 연결 기술을 포함하여 정밀한 배선 프로그램을 제공합니다. 알루미늄의 재료 특성은 구리의 특성과 상당히 다릅니다. 케이블을 처리하고 연결 구성 요소를 선택할 때 이러한 차이점을 고려해야 합니다.

공기 중의 산화

산소에 노출되면 알루미늄 표면에 단시간 내에 단단하고 저항력이 있는 산화물 코팅이 형성됩니다. 코팅은 아래 재료가 더 이상 부식되지 않도록 보호합니다. 이 효과는 알루미늄을 내구성이 뛰어난 소재로 만듭니다. 그러나 재료 표면의 보호 산화물 코팅은 전기 공학의 경우 바람직하지 않습니다. 이는 알루미늄의 전도성을 저하시키고 접촉을 어렵게 만듭니다. 산화된 도체를 전처리(코팅 제거) 없이 연결하면 알루미늄 도체와 커넥터 부품 사이의 접촉 저항이 증가합니다. 이로 인해 온도가 상승하고 최악의 경우 케이블 화재가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 방지하기 위해서는 산화피막을 물리적으로 깨뜨리거나 제거해야 합니다. 이는 접촉이 이루어지기 전과 압착 과정 중에 노출된 알루미늄 도체 끝을 브러싱하여 수행할 수 있습니다. 알루미늄 도체용 커넥터 구성 요소에는 공장에서 특수 접촉 그리스(보통 커런덤과 같은 거칠고 마모성 있는 재료)가 적용되어 있습니다. 높은 압력과 결합된 커런덤 입자는 알루미늄의 비전도성 산화물 코팅을 깨뜨리는 연마 효과를 발생시켜 접촉 특성과 전기 연결을 개선합니다. 그리스는 또한 수분과 산소가 유입되어 접점에 새로운 부식이 발생하는 것을 방지합니다. 더 나은 품질의 케이블 러그에는 일반적으로 플라스틱 플러그가 장착되어 있어 보관 중에 접촉 그리스가 마르거나 누출되는 것을 방지합니다.